ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE PRAHA 2011 Tomáš KULÍK

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEODÉZIE A KARTOGRAFIE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE FOTOGRAMMETRICKÁ DOKUMENTACE ČÁSTI SÁLU KOMENDY V ČESKÉM DUBU Vedoucí práce: Ing. Jindřich HODAČ, Ph.D. Katedra mapování a kartografie květen 2011 Tomáš KULÍK

ZDE VLOŽIT LIST ZADÁNÍ Z důvodu správného číslování stránek

ABSTRAKT Cílem této bakalářské práce je vytvoření fotogrammetrické dokumentace části sálu v komendě v Českém Dubu. Výsledkem fotogrammetrické dokumentace jsou 3D modely stěn, sálu a plán zachycující výškové poměry. Hlavní pozornost byla věnována přesnosti a potřebné detailnosti modelu pro použití v dalších pracích. V práci je uvedena stručná historie objektu, dále jsou představeny metody pro zpracovaní geodetického měření, digitální fotogrammetrie a pro tvorbu 3D modelu. V závěru práce jsou popsány problémy s tvorbou modelu. Vzniklá dokumentace bude sloužit stavebně-historickému bádání o objektu Národnímu památkovému ústavu v Praze. KLÍČOVÁ SLOVA optické skenování, 3D model, PhotoModeler Scanner, Geomagic Studio 11 ABSTRACT The aim of this bachelor thesis is to create a 3D model of the part hall of Commendam Český Dub. This thesis is focused primarily on the accuracy of the model. In this thesis is described the history of the object and then are also presented methods for processing geodetic and photogrammetric measurements and 3D modeling. Conclusions of the work are discussed problems with 3D models. The final documentation will be used in the National Monument Institute in Praque. KEYWORDS optical scan, 3D model, PhotoModeler Scanner, Geomagic Studio 11

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že bakalářskou práci na téma Fotogrammetrická dokumentace části sálu komendy v Českém Dubu jsem vypracoval samostatně. Použitou literaturu a podkladové materiály uvádím v seznamu zdrojů. V Praze dne........ (podpis autora)

PODĚKOVÁNÍ Chtěl bych poděkovat vedoucímu bakalářské práce za připomínky a pomoc při zpracování této práce. Dále bych chtěl poděkovat své rodině za podporu při tvorbě bakalářské práce a při studiu.

Obsah Úvod 8 1 Komenda sv. Ducha Vladislavice 9 1.1 Popis objektu... 9 1.2 Historie... 10 2 Teoretické základy pro tvorbu modelu 12 2.1 Teorie obrazové korelace... 12 2.2 Technikavyhledáníbodů... 14 3 Použité přístroje a programy 15 3.1 Přístroje... 15 3.1.1 Canon 5D Mark II... 15 3.1.2 Trimble 3600 DR... 16 3.2 Programy... 16 3.2.1 PhotoModeler Scanner 6.3.0... 16 3.2.2 Geomagic Studio 11... 17 4 Měření 18 4.1 Snímkování... 18 4.2 Geodetické určení vlícovacích bodů... 20 5 Zpracování dat - fáze 1. 21 5.1 Výpočet souřadnic vlícovacích bodů... 21 5.2 Kalibrace kamery... 23 5.2.1 Snímání pole... 23 5.2.2 Výpočet kalibrace... 24 6 Zpracování dat - fáze 2. 27 6.1 PhotoModeler Scanner 6.3.0... 27 6.1.1 Idealizace snímků... 27 6.1.2 Orientace modelu a generování mračna............. 28

6.1.3 Srovnání přesnosti jednotlivých variant... 32 6.2 Geomagic Studio 11... 35 6.2.1 Úprava bodů mračna... 35 6.2.2 Úprava zasíťovaného modelu... 37 6.2.3 Spojení modelů... 39 6.3 Výškové poměry klenebního pole... 40 Závěr 41 Použité zdroje 44 Seznam příloh 48 A Obsah DVD 49 B Přehled vlícovacích bodů 53 B.1 Stěna1... 54 B.2 Stěna2... 55 B.3 Stěna3... 56 B.4 Stěna4... 57 C Výškové poměry klenebního pole 58 D Seznam souřadnic vlícovacích bodů 61 E Přesnost vlícovacích bodů 62 F Vizualizace modelu 63 G Kalibrace kamery 66

ÚVOD Úvod Cílem této bakalářské práce je vytvoření fotogrammetrické dokumentace části sálu v Johanitské komendě v Českém Dubu. Výsledkem fotogrammetrické dokumentace jsou 3D modely stěn, polí a sálu, dále plán zachycující výškové poměry pole. Důraz byl kladen přesnost a dostačující detailnost pro další práce. Hlavním úkolem této práce je vytvořit podklad pro stavebně-historický průzkum objektu a srovnání s ostatními stavbami té doby. V první polovině práce se věnuji historii objektu, dále popisuji teoretické základy tvorby mračna bodů. Zmiňuji použité přístroje a programové vybavení použité při tvorbě této práce a jejich základní charakteristiky. Stručně uvádím metody měření jak geodetické, tak i fotogrammetrické. V druhé části bakalářské práce se věnuji výpočtům, které jsem rozdělil na dvě fáze: První fáze výpočet vlícovacích bodů a kalibračních prvků kamery Druhá fáze výpočet mračna ve PhotoModeleru a jeho úpravou v Geomagicu Očekávaným výsledkem této práce jsou: modely jednotlivých části kleneb a stěn modely polí z jednotlivých částí model sálu z jednotlivých polí plán výškových poměrů význačných bodů kleneb rozbor přesnosti modelů 8

1. KOMENDA SV. DUCHA VLADISLAVICE 1 Komenda sv. Ducha Vladislavice Tato kapitola převzata z [4]. 1.1 Popis objektu Komenda Svatého Ducha se nachází na soutoku potoků Ještědka a Řašovka. Tato historická budova se skládá z prostoru Rajského dvora a ze 4 částí, na obr. 1.1: Původní hradní svatyně (1) Dvoupodlažní dům (2) Jižní třípodlažní věž (3) Dvoupodlažní palác (4) Obr. 1.1: Prostory komendy Svatého Ducha Původní hradní svatyně: Roku 1237 byla založena komenda rytířského a špitálního řádu johanitů. Což znamenalo, že původní hradní svatyně musela převzít funkci provizorního konventního kostela. Dvoupodlažní dům komtura: Dům komtura vznikl krátce po roce 1237. První patro bylo tvořeno čtvercovou místností, zaklenutou jedním polem křížové bezžebré klenby. Druhé patro bylo nejspíše plochostropé. Tato stavba zanikla koncem 15. století a dochovala se pouze mohutná jižní zeď. 9

1. KOMENDA SV. DUCHA VLADISLAVICE Jižní třípodlažní věž: Věž s kaplí sv. Jana Křtitele je dodnes zachována. V přízemí věže se nacházela privátní komturova svatyně. Čtvercový prostor lodi překrývalo jedno pole bezžebré křížového klenby. Tato klenba dosahovala téměř až k zemi. Druhé podlaží tvořila jediná plochostropá místnost, která sloužila jako trezorium, kam se ukládaly cenné liturgické předměty. Obě podlaží byla přístupná z domu komtura. Východní dvoupodlažní palác: Palác pochází ze 40. let 13. století. Suterén této stavby sloužil jako zásobárna. Vstupní sál tvoří systém tří polí bezžebrých křížových kleneb (objekt zájmu této bakalářské práce). Východní zeď je členěna vstupní nikou a dvěma oboustranně špaletovými okénky. V západní zdi je trezorová nika, v jižní zdi je osazený sběrný kámen s kamenickými značkami. Ve 13. století byl do jižní zdi prolomen vstup s půlkruhovým portálem. Druhé podlaží paláce bylo používáno jako společná konventní jídelna. Rajský dvůr: Od konce 13. století přiléhalo k tomuto dvoru jižní křídlo konventu, které bylo provázané s cellariem východního paláce nově otevřeným vstupem. Celý soubor budov konventu obklopovala hradební zeď s jižní a severní branou. 1.2 Historie V letech 1109 1115 byl knížetem Vladislavem I. založen tento objekt jako sídlo kastelána Chvalka. Stavební podoba komendy vycházela ze základního monastického schématu. Koncem 13. století byla zastavena výstavba a až do husitských válek nebyl areál dokončen. Důvodem byla hospodářská krize. V dubnu roku 1429 byla komenda obsazena husity a sloužila jim jako vojenský opěrný bod. V pozdním středověku komenda sloužící jako šlechtický hrad třikrát vyhořela. V této době zanikla původní fortifikace komendy ze 13. století, budova jižního křídla a také dům komtura. Věž s kaplí sv. Jana Křtitele byla taktéž zdevastována. Koncem 15. století se na hradu usídlili pánové z Vartenberka. V této době vzniklo nové jižní hradní křídlo. Znovu byla vystavena horní podlažní věž. Současně vznikla 10

1. KOMENDA SV. DUCHA VLADISLAVICE umělá vodoteč-strouha, na které byly vystaveny hospodářské objekty (šlejferny, volejnice a valchy). V 16. století prošel areál hradu rozsáhlou přestavbou, jejíž tehdejší podoba byla zachována až do poloviny 19. století. První etapa úprav byla zahájena roku 1561. Přestavbu vedli brandýský císařský hejtman Vilém st. z Opperstorfu a dubský hejtman Jetřich Slatinský ze Slatinky. K paláci bylo v této době přistaveno nové třetí západní křídlo s osmibokou hodinovou věží. Roku 1565 byly na hlavní jižní palácové křídlo osazeny dvě pamětní desky manželů Jana z Opperstorfu a Markéty Popelové z Lobkovice, kteří v té době na hradě pobývali. Druhá etapa přestavby v 70. a 80. letech 16. století je spojena s vlastníky domů Petrem Vlachem, zedníkem Antonínem Vlachem, Donátem Tybaldem Vlachem a Bernardem Markem Vlachem. V této době byla k jižnímu pozdně gotickému paláci přistavena nádvorní patrová arkáda. Dokončený palác tvořila nepravidelná trojkřídlá stavba s jižní arkádou, uzavřená ohradní zdí. Roku 1631 je svatyně uváděna jako pustá, místo pravděpodobně opuštěno následkem morové epidemie. Další zmínka je z roku 1682, kdy byla vybavena novým oltářem s obrazem sv. Jana Křtitele obklopeného šesticí morových patronů (sv. Kateřina Sienská, sv. Alžběta Durynská, sv. Roch, sv. Šebestián, sv. Bernard Sienský a sv. Karel Boromejský). Během třicetileté války 1621-1634 se panství stalo součástí frýdlantského vévodství Albrechta z Valdštejna. Roku 1694 kaple vyhořela. Roku 1717 měla být připravena k vysvěcení. Krátce na to roku 1720 došlo k dalšímu požáru. V roce 1722 byla opět vysvěcena a získala nové patrocinium sv. Jana Nepomuckého a nový oltář. Za josefínských reforem byla po roce 1782 kaple zrušena. Kníže Kamil Rohan koupil panství roku 1838. V roce 1840-1843 bylo zbořeno západní palácové křídlo a v západní části následně na to vznikly dvě klasicistní správní budovy. 28. července 1858 postihl panství katastrofální požár. Zanedbaný zámecký areál koupil roku 1905 textilní podnikatel Konrád Blaschek, který v letech 1907-1912 provedl jeho rozsáhlou přestavbu a vtiskl mu dnešní podobu. 11

2. TEORETICKÉ ZÁKLADY PRO TVORBU MODELU 2 Teoretické základy pro tvorbu modelu Tvorba 3D modelů lze dělat několika způsoby: laserovém skenováním, geodetickým zaměřením, průsekovou metodu a nebo optickým skenováním na principu obrazové korelace. Pro tvorbu modelu sálu Johanitské komendy bylo nakonec zvoleno optické skenování z těchto důvodů: menší časová náročnost lepší dostupnost vybavení pro tvorbu modelu ekonomické hledisko metody relativně vysoká přesnost metody V této kapitole probereme teoretické základy tvorby modelu pomocí optického skenování. Teorie je převzata z [1]. 2.1 Teorie obrazové korelace Současná technologie automatického digitálního zpracování fotogrammetrických snímků využívá často princip obrazové korelace dvou subobrazů. Cílem je nalézt polohu dvou odpovídajících si (homologických, sdružených) bodů bez zásahů operátora a zapsat jejich snímkové souřadnice, ze kterých lze určit 3D (X, Y, Z) souřadnice podrobného bodu na minimálně dvou snímcích. Pokud bychom hledali obraz homologického bodu (reprezentovaného jedním pixelem na jednom obraze) jen v rámci jediného pixelu, našli bychom až stovky tisíc stejných pixelů v druhém obraze. Proto se využívá předpokladu, že každý bod má do jisté míry unikátní okolí, pomocí kterého dokážeme identifikovat polohu homologického bodu v druhém obraze. Čím bude okolí bodu větší, tím bude pravděpodobnost nalezení správného homologického bodu vyšší, ale zvýší se výpočetní nároky, stejně tak i doba výpočtu. V některých případech nebude automatické vyhledávání na základě obrazové korelace dávat použitelné výsledky. Stane se tak v případě, že okolí bodu nebude dostatečně unikátní (např. zasněžené plochy, monokultury zemědělských plodin, opakující se struktura apod.). Princip obrazové korelace spočívá 12

2. TEORETICKÉ ZÁKLADY PRO TVORBU MODELU v porovnání dvou obrazů mezi sebou a nalezení párů, které si jsou nejvíce podobný. Aby bylo možno objektivně posoudit vzájemnou podobnost mezi obrazy, je nutno definovat nějakou míru podobnosti. Používá se různých podobnostních měr statistických i geometrických. Nejvíce je užíván koeficient výběrové korelace (dále korelační koeficient), který může bývat v intervalu < 1, 1 >. cov(a, B) ρ = (2.1) ρ(a)ρ(b) kde cov(a, B) je kovariance a ρ(a) a ρ(b) jsou střední chyby a jejich odmocniny jsou rozptyly. Chceme-li vypočítat korelační koeficient pro dva stejně veliké digitální obrazy (nebo jejich výřezy), budeme používat k výpočtu hodnoty pixelu p(a) i,j pro obraz A a p(b) i,j pro obraz B. Obdržíme výraz: r(a, B) = C(A, B) C(A)C(B) (2.2) 13

2. TEORETICKÉ ZÁKLADY PRO TVORBU MODELU 2.2 Technika vyhledání bodů Používanou metodou je vyhledání bodu objektu na základě korelace. Při dodržení určitých předpokladů lze body ve snímku najít automaticky. V našem případě máme bod na jednom snímku a hledáme homologický bod na snímku druhém. Musíme zvolit dostatečné okolí objektu nebo bodu ve formě obrazové submatice (tzv. vzorové okénko). Ve známé nebo odhadnuté přibližné poloze hledaného objektu či bodu zvolíme dostatečně velkou vyhledávací oblast, v níž zvolíme vyhledávací okénko o stejné velikosti jako má vzorové okénko. Vypočteme jejich vzájemnou obrazovou korelaci a zaznamenáme polohu středu vyhledávacího okénka na snímku, posuneme vyhledávací okénko o jeden pixel a opět spočteme korelační koeficienty a opět zaznamenáme polohu středu vyhledávacího okénka; tímto způsobem projíždíme vyhledávacím okénkem celou vyhledávací oblast. Poloha pixelu s maximální hodnotou korelačního koeficientu r je střed hledaného objektu nebo bodu. Obr. 2.1: Korelace obrazových okének 14

3. POUŽITÉ PŘÍSTROJE A PROGRAMY 3 Použité přístroje a programy V kapitole stručně uvádím použité přístroje pro tvorbu modelu a jejich základní charakteristiky, dále programy použité pro tvorbu a zpracování mračna bodů. 3.1 Přístroje 3.1.1 Canon 5D Mark II Canon 5D je profesionální Full Frame digitální zrcadlovka, používající 21,1 megapixelový CMOS senzor. Pro zpracování obrazů je použit procesor DIGIC 4, jehož výhodou je vynikající reprodukce barev a jemných přechodných tónů. Velikost jednoho pixelu na čipu je 6,4 μm, při rozlišení snímků 5616 x 3744 pixelů, dostaneme fyzickou velikost čipu 35,9424 mm x 23,9616 mm, která je dále uvažována do výpočtu. Fotoaparát podporuje ukládání do formátu CR2 (komprimovaný formát TIFF, formát výrobce Canon), JPEG s několika stupni kvality. Informace čerpány z [5]. Obr. 3.1: Canon 5D Mark II 15

3. POUŽITÉ PŘÍSTROJE A PROGRAMY 3.1.2 Trimble 3600 DR Trimble 3600 DR je totální stanice firmy Trimble. Totální stanice je vybavena duálním dálkoměrem, který umožňuje měřit vzdálenosti na hranol nebo bezodrazně a červeným naváděcím laserem o vlnové délce 660 nm. Maximální dosah tímto použitým měřením je 120 m s přesností 3 mm + 2 ppm. Úhlová přesnost je podle normy DIN 18723. Součásti stanice je vnitřní paměť, kam se ukládají měřená data. Informace čerpány z [6]. Obr. 3.2: Trimble 3600 DR 3.2 Programy 3.2.1 PhotoModeler Scanner 6.3.0 PhotoModeler Scanner je program vytvořený firmou Eos Systems Inc. se sídlem ve Vancouveru. Slouží k vyhodnocení modelů nasnímaných průsekovou metodou a i k získávání 3D souřadnic mračna bodů ze dvojice snímku pomocí optické korelace. Byl navržen i pro následnou editaci mračna bodů, ale v tomto není jeho funkčnost zatím dostačující. 16

3. POUŽITÉ PŘÍSTROJE A PROGRAMY Obr. 3.3: Pracovní prostředí programu PhotoModeler Scanner 3.2.2 Geomagic Studio 11 Geomagic je program vytvořený firmou Geomagic Inc. sloužící k úprávě mračna bodů a následné tvorbě 3D modelu. Program umožňuje také spojení mračen, redukci jejich šumu, různé druhy vyhlazení, dále také tvorby povrchu. Obr. 3.4: Pracovní prostředí programu Geomagic Studio 17

4. MĚŘENÍ 4 Měření Kapitola popisuje postup snímkování, nastavení kamery, geodetické zaměření vlícovacích bodů na objektu. Snímkování bylo provedeno dne 14.1.2011. Geodetické zaměření a doplnění o úhlopříčné snímky jednotlivých polí bylo provedeno dne 16.3.2011. Při měření byly na jednotlivě stěny namířeny z rozdílných míst dvě halogenová světla o příkonu 1000 W. 4.1 Snímkování Snímkování proběhlo na kameru Canon 5D Mark II. Pro získání stereodvojic byl použit fotografický stativ s fotogrammetrickou základnou o délce 1 m. Sál se skládá ze tří klenebních polí, z nichž každé pole obsahuje 4 stěny. Polovinu sálu zpracovává kolegyně Petra Svobodová. Moje zpracovávaná část je jižní krajní pole (u výstupu ze sklepa) - pole 1, kde snímkuji všechny 4 stěny a 2 stěny ze severního krajního pole (u vstupu do kaple) - pole 3, stěny 5 a 6. Znázornění na obr. 4.1. Obr. 4.1: Přehled rozčlenění sálu klenebních polí 18

4. MĚŘENÍ Před snímkováním každé stěny se fotogrammetrická základna uvedla do vodorovné polohy pomocí krabicové libely umístěné na fotostativu. Pro každou stěnu se zvolily dvě velikosti fotogrammetrické základny L1 a P1; L2 a P2. První nastavená základna byla v krajních polohách fotogrammetrické základny a druhá nastavená základna se odsunula o 5 cm zleva a o 8 cm zprava, viz obr. 4.2. Obr. 4.2: Fotogrammetrické základny V každé poloze fotogrammetrické základny se na objektivu nastavila konstanta komory 16 mm, poté se v automatickém režimu zaostřil snímek a následně se přepnulo na manuální ostření pro fixaci ohniskové vzdálenosti. Dále byly snímány snímky s rozdílnou expozicí, tzv. bracketing, a to normální expozice, podexponovaný snímek a přeexponovaný snímek. Celkem bylo pořízeno 72 snímků, přehled nastavení kamery při jednotlivých expozicí je v tab. 4.1. U každého snímku nebyly tyto hodnoty přesně dodrženy při některých situacích byly posunuty o jednotku nahoru nebo dolu. Konkrétní hodnoty u jednotlivých snímku lze zjistit pomocí EXIF informací. normální expozice podexponovaná přeexponovaná konstanta komory 16 mm 16 mm 16 mm čas 1/4 s 1/8 s 1/2 s clona 8.0 8.0 8.0 ISO 100 100 100 Tab. 4.1: Nastavení kamery při expozicích 19

4. MĚŘENÍ 4.2 Geodetické určení vlícovacích bodů Pro každé pole se stabilizovalo stanovisko pomocí napínáčku body 4001, 4002, 4003 a na každém stanovisku byla provedena orientace na okolní body. Na konci měření na jednotlivých stanoviscích se zaměřila kontrolně orientace, z důvodu kontroly polohy totální stanice nad bodem. Rozmístění vlícovacích bodů jsem navrhl doma po dokončeném snímkování stěn. Pro každou stěnu bylo navrženo 9 vlícovacích bodů s tím, že některé body byly společné pro dvě a více stěn. Vlícovací body byly zaměřeny bezodraznou metodou. Cílení na bod probíhalo při strmých záměrách přes laserové ukazovátko, které je součásti stroje. Do vnitřní paměti přístroje se ukládalo následující: číslo bodu, vodorovný úhel, zenitový úhel, šikmá vzdálenost. Pro kontrolu byly zaměřeny některé vlícovací body z jiného stanoviska, než z kterých byly prvně určeny. Spodní část sálu a podlaha nebyla potřeba vyhodnotit optickým skenováním, proto byly polární metodou určeny podrobné body a pomocí pásma určeny oměrky a kontrolní délky pro ověření přesnosti modelu. 20

5. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 1. 5 Zpracování dat - fáze 1. V 1. fázi uvádím ve dvou podkapitolách postup výpočtu souřadnic vlícovacích a podrobných bodů a postup při určení kalibračních prvků kamery. Snímky se převedly z továrního RAW formátu CR2 do RAW formátu TIFF s bezeztrátovou kompresí LZW. 5.1 Výpočet souřadnic vlícovacích bodů Výpočet geodetických souřadnic byl proveden v programu Groma ve verzi 9.1, kam bylo importováno měření z totální stanice. V první kroku výpočtu se určily souřadnice stanovisek, jako počátek souřadné soustavy byl zvolen bod 4001 a osa x vložena do přímky 4001-4003, viz tab. 5.1. Protože byl nadbytek měřených údajů k určení 3D souřadnic bodů 4002 a 4003, zvolilo se vyrovnání metodou nejmenších čtverců, kdy souřadnice a výška stanoviska 4001 byla pevná, stejně tak i směrník na bod 4003. Souřadnice a výška bodu 4002, X souřadnice a výška bodu 4003 byla vyrovnávána metodou nejmenších čtverců, viz tab. 5.3. číslo bodu Y [m] X [m] výška [m] 4001 1000,000 5000,000 100,000 4003 1000,000 - - Tab. 5.1: Vstupní hodnoty do vyrovnání V tab. 5.2 uvádím vstupní hodnoty do vyrovnání. Délky vznikly průměrem oboustranně měřených vzdáleností. 21

5. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 1. stanovisko cíl směr [ g ] délka [m] 4001 4002 49,9381 5,385 4003 50,2908 10,875 4002 4003 103,6684 5,483 4001 303,0002 5,385 4003 4001 357,9676 10,875 4002 358,3025 5,483 Tab. 5.2: Měřené veličiny Samotné vyrovnání proběhlo v programu Groma v modulu Vyrovnání sítě. Střední chyba směru byla volena 10 cc. Střední chyba délky byla volena 3 mm +2ppm. číslo bodu Y [m] X [m] výška [m] 4001 1000,000 5000,000 100,000 4002 999,971 5005,386 100,016 4003 1000,000 501,873 100,045 Tab. 5.3: Vyrovnané souřadnice a výšky Poté byly vypočteny podrobné body (včetně vlícovacích bodů) polární metodou v programu Groma. Při výpočtu se hodnotily vícenásobně určené vlícovací body, jako kontrola, viz 5.4, kde vidíme na každém stanovisku rozdíly souřadnic dvakrát měřených vlícovacích bodů a jejich střední souřadnicovou chybu dle vzorce σ s = ΔY 2 +ΔX 2 +ΔZ 2. Výsledné souřadnice takto určených vlícovacích bodů vznikly 3 průměrem z jednotlivých měření. Souřadnice všech vlícovacích bodů jsou uvedeny v příloze D. 22

5. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 1. stanovisko VB δy [m] δx [m] δz [m] 4002 2-0,005-0,008-0,003 Střední souř. chyba: 0,007 m 1 0,000-0,002 0,000 Střední souř. chyba: 0,001 m 5-0,003 0,002-0,000 Střední souř. chyba: 0,002 m 4003 5 0,006 0,000 0,001 Střední souř. chyba: 0,004 m 2 0,006-0,001-0,003 Střední souř. chyba: 0,004 m 4 0,003 0,009-0,007 Střední souř. chyba: 0,007 m 5.2 Kalibrace kamery Tab. 5.4: Vícenásobně určené vlícovací body Digitální fotoaparáty nejsou, až na výjimky, určeny pro fotogrammetrii, proto je nutností u nich určit prvky vnitřní orientace, kterými jsou: konstanta komory poloha hlavního snímkového bodu průběh radiální a tangenciální distorze Prvky vnitřní orientace jsou potřebné k odstranění vad obrazu a zjišťujeme je pomocí kalibrace kamery. Nejběžnější typ kalibrace je pomocí kalibračního pole. 5.2.1 Snímání pole Nejprve bylo nasnímáno kalibrační pole dodávané s programem PhotoModeler. Nastavení fotoaparátu při snímání pole bylo co nejpodobnější nastavení při snímání 23

5. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 1. stěn objektu pomocí automatického zaostřování se zaostřilo na nekonečno (vzdálený objekt v chodbě), přepnulo se na manuální ostření, nastavila se clona, čas a citlivost ISO. Snímání kalibračního pole se provedlo podle návodu [7], kdy vznikají snímky přibližně pod úhlem 45 v normální poloze avpoloze otočené kamery o 90 doprava ao90 doleva kolem své optické osy. Těmito třemi pozicemi bylo nasnímáno pole ze všech čtyř stran. Pro kontrolu se kalibrační pole snímalo dvakrát. Tedy vzniklo 12 snímků pro určení jedné sady kalibračních parametrů. 5.2.2 Výpočet kalibrace Program PhotoModeler obsahuje funkci pro výpočet kalibračních prvků kamery. K získání lepších výsledků byly snímky kalibračního pole upraveny převedeny do šedé škály a pomocí úpravy histogramu zvýrazněny body na poli, viz obr. 5.1 a 5.2. Obr. 5.1: Původní snímek Obr. 5.2: Upravený snímek Z jedné série 12 snímku se určují kalibrační parametry, kterými jsou: konstanta komory f [mm], poloha středu snímku souřadnice x [mm] a y [mm], koeficienty radiální distorze K1, K2 a K3. Vstupující rozměr čipu jsme vypočetli tak, že počtem pixelů na snímku jsme vynásobili fyzickou velikost jednoho pixelu., viz. kapitola 3.1.1 na straně 15. 24

5. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 1. Nastavení výpočtu kalibrace probíhalo ve dvou krocích. Prvním krokem bylo nastavení rozměru čipu kamery, automatická detekce bodů a přibližný výpočet kalibračních parametrů. Nastavení výpočtu probíhalo ve dvou iteracích, viz obr. 5.3 a obr 5.4. Obr. 5.3: 1. iterace prvního kroku Obr. 5.4: 2. iterace prvního kroku Ve druhém kroku se manuálně opravily chyby po automatické referenci bodů a provedl se konečný výpočet. Nastavení výpočtu je vidět na obr. 5.5 a na obr. 5.6. Obr. 5.5: 1. iterace druhého kroku Obr. 5.6: 2. iterace druhého kroku Toto nastavení bylo použito po konzultaci s Ing. Janem Řezníčkem, který se touto problematikou zabývá. Celkově byla kalibrace vypočtena 4x 2x určeno mnou ze dvou sérií 12 snímků a 2x kolegyní Petrou Svobodovou, také ze dvou sérií 12 snímků. Konečné kalibrační parametry vznikly průměrem, viz tab. 5.5. 25

5. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 1. kalibrační veličina hodnota f [mm] 16,4585 X p [mm] 17,9572 Y p [mm] 11,8450 K1 K2 K3 2,784 10 4-6,859 10 8 7,462 10 10 Tab. 5.5: Výsledné kalibrační hodnoty kamery Výsledky kalibrací je uvedeno v příloze G nebo na DVD. 26

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. 6 Zpracování dat - fáze 2. V této kapitole se věnuji problematice tvorbě mračna bodů v programu PhotoModeler Scanner (dále jen PM). Různé druhy nastavení a vysvětlení funkcí je uvedeno v [2], [3]. Pro zpracování mračna bodu byl zvolen program Geomagic 11, popis práce v programu a vlivy jednotlivých funkcí uveden v [2], [3]. V dalším textu popíši úpravu mračna bodů před zasíťováním, problémy se spojením modelu a následné ukázky. Na konci kapitoly popíši něco málo o výškových poměrech klenebního pole. 6.1 PhotoModeler Scanner 6.3.0 Postup práce v programu PhotoModeler: založení projektu a nahrání patřičných snímků idealizace snímků odstranění vad obrazů orientace snímku pomocí vlícovacích bodů vznikne model umístění modelu do absolutních souřadnic pomocí vlícovacích bodů generování mračna bodů export mračna bodů do textového souboru 6.1.1 Idealizace snímků Snímky byly nejprve převedeny z formátu CR2 do formátu TIFF s kompresí LZW. V programu PM se založil nový projekt Point-based project do kterého byly nahrány snímky modelu. V záložce Project / Cameras se přepsaly hodnoty kalibrace výslednými hodnotami určenými průměrem, viz tab. 5.5. V záložce Project / Idealize Project... byla spuštěna idealizace snímku, tedy odstranění vlivu radiální distorze a posun hlavního bodu, viz obr. 6.1 a obr. 6.2 se snímky před idealizací a po idealizaci. 27

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Obr. 6.1: Původní snímek Obr. 6.2: Idealizovaný snímek 6.1.2 Orientace modelu a generování mračna V této fázi se pro orientaci modelu a generování mračna bodů použilo několik variant: 1. generování mračna celé stěny z jednotlivých snímků stereodvojice 2. generování mračna části stěn z jednotlivých snímků stereodvojice 3. generování celé stěny z vytvořeného spojeného modelu jednoho pole V1 generování mračna celé stěny z jednotlivých snímků stereodvojic Pro každou stereodvojici stěny byl založen samostatný projekt. Bylo testováno několik variant pro tvorbu mračna, zejména zkoušeny snímky z obou délek fotogrammetrických základen, viz kap. 4.1 na straně 18 a snímky pro normální expozici a pro podexponované snímky. Každá stereodvojice byla v rámci orientace modelu prostorově umístěna třemi vlícovacími body (určí posun, pootočení a měřítko modelu). Z důvodu matematické souřadné soustavy (oproti geodetické při výpočtu souřadnic vlícovacích bodů) se zaměnila osa X za Y, Z zůstalo neměnné. Poté se vybrala oblast pro generování mračna, viz obr. 6.3. Nastavení použité pro tvorbu mračna (funkce Create Dense Surface) uvádím v tab. 6.1, které bylo volené dle doporučení v [2] a v [3]. Vysvětlení k čemu funkce slouží, jejich možnosti je uvedeno v [2] nebo v [3]. Vysvětlení pojmů z tabulky 6.1: 28

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Obr. 6.3: Oblast pro generování mračna funkce hodnota Sampling rate 3,000 mm Depth range ± 1,000 m Super sampling factor 2 Matching region radius 5 Texture type 1 Tab. 6.1: Nastavení PM pro generovaní mračna Sampling rate je rozestup bodů na povrchu objektu, Depth range je nastavení maximální hranice, kde mohou být vypočtené body, Super sampling factor je faktor vztahující se k subpixelové části výpočtu Matching region radius je velikost vzorového a vyhledávacího okénka, viz kap. 2.2 na straně 14, Texture type vyjadřuje typ a charakter povrchu Následně byly přímo v programu PM mračna bodů zobrazeny v 3D view a exportovány pouze ty u kterých to mělo smysl tj. kde nebyl na první pohled patrný šum, viz srovnání extrémního případu obrázky 6.4 a 6.5 (pohled zespodu). 29

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Obr. 6.4: Mračno generované z kratší základny Obr. 6.5: Mračno generované z delší základny V tabulce 6.2 uvádím přehled použitých snímků pro tvorbu mračen, z jaké vznikly základny a při jaké expozici. Tyto snímky byly použity i v následujících variantách orientace modelů. snímky normální / podexponovaný druh ftg. základny stěna 1 DSC0015, DSC0018 normální krátká L2 a P2 stěna 2 DSC0009, DSC0013 normální krátká L2 a P2 stěna 3 DSC0009, DSC0012 podexponovaná dlouhá L1 a P1 stěna 4 DSC0012, DSC0016 podexponovaná krátká L2 a P2 stěna 5 DSC0004, DSC0010 podexponovaná dlouhá L1 a P1 stěna 6 DSC0005, DSC0012 normální krátká L2 a P2 Tab. 6.2: Použité snímky u jednotlivých stěn Musím poznamenat, že na výsledné mračno neměla vliv jenom délka základny, ale i další faktory. Jeden z těch důležitějších je volba expozice snímku a kvalita spojení snímků přes spojovací body, zejména jejich rozmístění a počet. V mém případě bylo na polovinu stěn použity snímky s normální expozicí a na polovinu stěn použity podexponovaný snímky a vždy se použilo 9 spojovacích bodů, co nejblíže Gruberova schématu (více v [1]). Výsledné správné mračno se exportovalo do textového formátu, který ukládá jak 3D souřadnice, tak i barevnou hodnotu RGB bodu. 30

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Snímky použité pro tvorbu 3D modelu jsou uložena na přiloženém DVD. Přehled vlícovacích bodů je v příloze B. V rámci testování byly vytvořeny snímky metodou skládaní vícenásobných expozicích, tzv. HDR, pomocí automatické funkce v programu Zoner Photo Studio 13. Mračna získaná touto metodou vykazovala vysokou míru šumu a po zasíťování vznikaly jasné nepřesnosti a díry v modelu. K podrobnějšímu testování této metody jsem se nedostal z důvodu nedostatku času, proto jsem tuto metodu v práci nepoužil. V2 generování mračna části stěn z jednotlivých snímků stereodvojic V této variantě se pro každou část stěny (dolní, středovou a horní) založil vlastní projekt, do kterého byly nahrány snímky dle jednotlivých stěn a dle tab. 6.2. Každý projekt byl orientován pomocí 9 vlícovacích bodů (základem byl projekt z předešlé varianty) a prostorově umístěn na tři vlícovací body, které byly vybrány v oblastech pro generování mračna bodů nebo v jejich blízkém okolí. Na obr. 6.6, 6.7 a 6.8 vidíme oblasti pro generování mračna bodů. Obr. 6.6: Dolní oblast pro generování mračna Obr. 6.7: Středová oblast pro generování mračna 31

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Obr. 6.8: Horní oblast pro generování mračna V3 generování mračna ze spojeného modelu Pro jednotlivá pole byl založen nový projekt. Každý projekt obsahuje čtyři snímky stereodvojic stěn (podle tab. 6.2) a čtyři úhlopříčné snímky pole, tedy celkem 12 snímků. Všechny snímky se spojily přes minimálně devět spojovacích bodů. K absolutní orientaci každého pole byly použity tři vlícovací body. Na každé stěně byla vyznačena oblast pro generování mračna, viz obr. 6.3. Poté se vygenerovala mračna bodů pro jednotlivé stěny dle nastavení v uvedené tab. 6.1. 6.1.3 Srovnání přesnosti jednotlivých variant Absolutní přesnost modelu se počítala z rozdílu souřadnic vlícovacích bodů určených geodeticky a vypočtených ve PM. Souřadnice vlícovacích bodů použitých k absolutní orientaci v jednotlivých variantách nevstupují do charakteristiky přesnosti jednotlivých variant. Toto srovnání bylo provedeno proto, že ve PM můžeme model připojit pouze na tři nutné vlícovací body. Dle [7] je možné připojit na více bodů než tři, bohužel touto funkcí vzniká veliká nepřesnost modelu, proto od ní bylo opuštěno. Z rozdílů souřadnic (dy, dx, dz) byla vypočtena polohová odchylka dle výrazu: σ Pi = dy 2 + dx 2 + dz 2 (6.1) Tím vznikla pro každý bod metody polohová odchylka. Jako další charakteristiku přesnosti metody jsem zvolil kvadratický průměr polohových odchylek, viz. rovnice 6.2. 32

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. ΣσPi 2 σ M = (6.2) n V tab. 6.3 uvádím stručný přehled dosažených kvadratických průměrů polohových odchylek. Tabulka polohových odchylek vlícovacích bodů použité varianty pro tvorbu modelu je uvedena v příloze E, kompletní srovnání je na DVD v souboru presnost VB.xlsx metoda stěna 1 [m] stěna 2 [m] stěna 4 [m] V1 celá stěna ze stereodvojice 0,051 0,033 0,019 V2 část stěny ze stereodvojice - dolní 0,021 0,020 0,027 V2 část stěny ze stereodvojice - středová 0,012 0,019 0,030 V2 část stěny ze stereodvojice - horní 0,025 0,028 0,022 V3 ze spojeného modelu pole 0,020 0,030 0,021 Tab. 6.3: Kvadratické průměry polohových odchylek jednotlivých variant Z uvedené tabulky je zřejmé, že nejmenší absolutní přesnost modelu je pro celou stěnu ze stereodvojice a podobnou přesnost mají jak modely z části stěn, tak i model z celého pole. U mračen z části stěn je nevýhoda, že celá stěna vznikne složením ze tří dílčích částí, jejichž skládáním vznikají další drobné nepřesnosti. Pro konečný výběr metody bylo potřeba oba modely (tj. mračna z části stěn V2 a mračno ze spojeného modelu V3) zasíťovat v programu Geomagic a porovnat mezi sebou kvalitu zobrazení dat a velikost šumu. Na obrázcích 6.9, 6.10, 6.11 a 6.12 jsou příklady srovnání spojeného modelu a modelu z částí. 33

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Obr. 6.9: Mračno ze spojeného Obr. 6.10: Mračno z částí tj. V2 modelu tj. V3 Na obrázku 6.9 je vidět, že model z pole má lepší úroveň detailů a méně šumu než model z částí - obr. 6.10. Obr. 6.11: Mračno ze spojeného Obr. 6.12: Mračno z částí tj. V2 modelu tj. V3 Na dalších náhledech můžeme vidět opačný případ model z jednotlivých částí (obr. 6.12) má lepší kresbu v detailech a menší šum než model ze spojeného modelu pole (obr. 6.11). Takovéto problémy jsou na více místech, některé části na stěnách z modelu pole mají více detailů než z modelu z jednotlivých částí. Jako výslednou metodu jsem 34

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. nakonec zvolil mračna ze spojeného modelu pole, protože na každé stěně se najdou místa s většími či menšími detaily v tomto ohledu není příliš důležitá volba varianty, proto hlavním důvodem bylo menší zkreslení při spojovaní stěn a menší pracovní a časová náročnost při kompilaci stěn. 6.2 Geomagic Studio 11 Postup práce v programu Geomagic: nahrání mračna do programu očištění mračna redukce šumu mračna sjednocení vzdálenosti bodů mezi sebou zasíťování mračna tvorba trojúhelníkové sítě úprava chyb trojúhelníkové sítě vyhlazení modelu export modelu do dalších formátu, včetně PDF 6.2.1 Úprava bodů mračna Po nahrání mračna bodů do programu Geomagic se provedlo pomocí výběru odlehlých bodů (funkce Select Disconnected Components) odebrání bodů ležící mimo stěnu. Poté musela být použita ruční editace bodů, viz. obr. 6.13, na kterém červeně zobrazené body jsou určené ke smazání. 35

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Obr. 6.13: Ruční editace mračna Poté byla použita redukce šumu (funkce Reduce noise) s nastavením uvedené na obr. 6.14, kde položku Deviation Limit necháme vypočtenou programem. Vybrané body získané pomocí Outliers se vymazaly. Obr. 6.14: Nastavení redukce šumu Posledním krokem před zasíťováním bylo sjednocené vzorkování bodů (funkce Uniform Simple), kde volíme vzdálenost mezi body v závislosti na křivosti. 36

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Parametry nastavení: vzdálenost mezi body funkce Absolute Spacing - 0,006 mm, priorita zakřivení funkce Curvature Priority na maximum, priorita barvy funkce Color Priority na maximum. Hodnoty použité do nastavení byly zjištěné testováním. U vzdálenosti mezi body byla sledována závislost mezi počtem bodů a zachování detailnosti modelu snahou bylo mít co nejnižší počet bodů s nejvíce detaily na modelu. Síťování mračna, tedy vznik trojúhelníkové sítě, proběhlo pomocí funkce Wrap s nastavením Noise Reduction na minimum a Perfomance na maximum. Obr. 6.15: Mračno bodů Obr. 6.16: Zasíťované mračno bodů trojúhelníkovou sítí 6.2.2 Úprava zasíťovaného modelu Nejprve ruční editací se opravily chyby v zasíťování, viz. obr. 6.17 a obr. 6.18. Pomocí (funkce Fill All) bylo provedeno zaplnění všech děr. Následovalo vyhlazení povrchu, které se dělalo funkcí Relax (nastavení: Smoothness Level na hodnotu 4, Strength takéna4acurvature Priority takéna4) aremove Spikes, kde byla hodnota Smoothness Level nastavena na 60. Toto nastavení bylo zvoleno na základě 37

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Obr. 6.17: Chyba v zasíťování Obr. 6.18: Oprava děr testování závislosti nastavení na vyhlazení modelu. Požadavek byl mít co nejvíce vyhlazený model bez ztráty detailů. Konečné dohlazení a odstranění špičatých vrcholů se provedlo funkcí Mesh Doctor, kde bylo nastavení ponecháno na algoritmech programu a jeho vlastní následnou opravou. Na obr. 6.19 a obr. 6.20 je vidět model před úpravou a po úpravě. Poslední úpravy na modelu se dělaly ruční editací. Obr. 6.19: Model před úpravou Obr. 6.20: Model po úpravě 38

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. 6.2.3 Spojení modelů V první řadě byly spojeny modely stěn v rámci jednoho pole. Všechny stěny se nahrály do aplikace a ztotožnily se u nich normály, zjednodušeně řečeno - při odstranění barvy měly modely při pohledu zespodu stejnou barvu. Ztotožnění se udělalo přes funkci Repair Tools / Flip Normals. Lícování stěn na sebe se provedlo funkcí Global Registration, která stěny pootočí a posune vůči sobě tak, aby v místech překryvu byly co nejblíže u sebe. Na spojení stěn se použila funkce Merge, která dokáže použít globální registraci a v místech překryvu dokáže použít větší redukci šumu než na místech, kde překryv není. V mém případě byla lokální redukce šumu nastavena na Medium, ostatní hodnoty byly nechány beze změny. Po této operaci vznikl jeden objekt obsahující čtyři stěny pole. I přes použitou lokální redukci bylo na místech překryvu značně chyb, proto byl zvolen následující postup: převedení modelu zpátky do bodového mračna, sjednocené vzorkování pomocí Uniform Simple na 0,006 m, zasíťování bez redukce šumu. Drobné opravy se řešily ruční editací. Zahlazení se provedlo pomocí Mesh Doctor a nebo pomocí Remove Spikes, kde hodnota Smothness Level byla nastavena na 40. Tento postup byl aplikován také na spojení dvou polí (mého a kolegyně P. Svobodové). Výsledný model je vidět na obr. 6.21. Výsledné modely se exportovaly do několik formátu a v několika nastavení: v plné kvalitě ve formátu wrp (nativní formát programu Geomagic) v poloviční kvalitě (redukovány trojúhelníky na polovinu) ve formátu wrp v plné kvalitě ve formátu obj (formát pro MeshLab) v poloviční kvalitě ve formátu obj v náhledové kvalitě do formátu PDF 39

6. ZPRACOVÁNÍ DAT - FÁZE 2. Do formátu PDF byl převeden pomocí programu Geomagic, tento formát neumí zobrazit RGB barvy bodu a také neumí zobrazit vnitřní a vnější stranu modelu najednou, proto byly vytvořeny pro modely pole a sálu vždy dva PDF soubory jeden pro náhled z vnější strany a jeden pro náhled z vnitřní strany. Obr. 6.21: Model obou polí 6.3 Výškové poměry klenebního pole Nejprve byla s kolegyní stanovena nula pro celý sál, poté v programu Photomodeler v projektu, z kterého se tvořil model sálu, byly odečteny souřadnice paty kleneb, výška klenby a výška čela stěny. V programu Microstation byl vytvořen plán výškových poměrů, kam byly zaneseny výškové kóty, také se vytvořily snímky stěny 1 a stěny 3, kam se zobrazily místa odsunutých kót. Výškový poměr klenebního pole je v příloze C i se snímky stěn. 40

ZÁVĚR Závěr Hlavním cílem této bakalářské práce bylo vypracovat fotogrammetrickou dokumentaci, která obsahuje 3D modely stěn, pole, sálu a kótovaný plán pole. Nejprve byly vypočítány souřadnice podrobných a vlícovacích bodů, poté se zjistily kalibrační parametry kamery pomocí programu PhotoModeler Scanner. Výsledné hodnoty prvků vnitřní orientace byly získány průměrem ze čtyř nezávislých výpočtů. Následovala idealizace všech snímků, poté se orientovaly snímky a následně generovaly mračna bodů třemi variantami: 1. generování mračna z celé stěny z jednotlivých snímků stereodvojic 2. generování mračna z části stěn z jednotlivých snímků stereodvojic 3. generování mračna celých stěn ze spojeného modelu jednoho pole Ve variantě 1. byl pro každou stěnu založen vlastní projekt, který obsahoval snímkovou stereodvojici. Poté se generovalo mračno bodů z celé stěny připojené na 3 vlícovací body. Ve variantě 2. byl pro každou část stěny (horní, středová a dolní) založen vlastní projekt, kdy základem byl projekt z varianty 1. Každá část stěny měla vlastní 3 vlícovací body a oblast pro generování mračna. Ve variantě 3. bylo pro jedno celé pole vytvořen jeden projekt, který obsahoval stereodvojice snímků čtyř stěn a šikmé snímky stěn (celkem 12 snímků v projektu). Celé pole bylo připojené na 3 vlícovací body a oblasti pro generování mračna byly pro celou stěnu. Po zkoumání polohových odchylek na vlícovacích bodech (geodeticky určených vs. vypočtených ve PM) jednotlivých variant jsem se rozhodoval mezi druhou a třetí variantou. Nakonec jsem si zvolil třetí variantu, protože rozdíl v detailech jednotlivých stěn byl srovnatelný, ale generování celé stěny je méně časově náročné. Také nevznikají nepřesnosti při spojování částí. Vygenerovaná mračna byla exportována z PhotoModeleru v textovém formátu do programu Geomagic. 41

ZÁVĚR V Geomagicu byla mračna upravena vymazáním odlehlých bodů, redukcí šumu a sjednocením vzorkování. Po těchto úpravách mohla být mračna zasíťována trojúhelníkovou sítí a následně upravena ruční editací chyb kolem děr, a poté následovalo jejich automatické vyplnění. Nakonec bylo provedeno vyhlazení povrchu automatickými nástroji, případně ručně. Modely stěn se následně spojily a vytvořil se model pole. Spojením modelů polí vznikl model části sálu. Absolutní přesnost modelu, tedy přesnost modelu vůči vlícovacím bodům, je daná výběrem metody orientace modelu v programu PhotoModeler. Po umístění modelu do absolutních souřadnic pomocí 3 vlícovacích bodů byly porovnány rozdíly mezi vypočtenými souřadnicemi ve PhotoModeleru a určenými souřadnicemi geodeticky v terénu. Geometrický průměr polohové odchylky vybrané varianty činí 0,023 m. Kontrola absolutní rozměrové přesnosti samotného modelu, byla testovaná měřenými délkami z terénu oproti na modelu, jak vidíme v následující tabulce. mezi body měřená [m] určená [m] rozdíl [m] 12 - roh 1 5,64 5,66-0,02 12-27 5,14 5,15-0,01 27-30 4,83 4,86-0,03 29-10 5,56 5,55 0,01 Přehled vlícovacích bodů je uveden v příloze B. Z uvedených hodnot je zřejmé, že přesnost modelu dosahuje 3 cm, jak relativně tak absolutně. Modely se ukládaly ve formátu *.wrp, který je nativním formátem programu Geomagic. Pro prohlížení byly exportovány do formátu *.obj, který podporuje například program MeshLab, který je šířen pod licencí GNU GPL, a který je přiložen na DVD. Pro informativní výstup jsou modely také v PDF souborů obsahující generalizované 3D modely, které jsou rozdělené na dvě části viditelné z vnitřní strany a viditelné z vnější strany. 42

ZÁVĚR Původním cílem bylo vytvořit modely všech tří polí a kompletní model celého sálu. Z důvodu časové náročnosti zpracování dat se vytvořily modely pouze dvou polí, které se spojily. Zbývající třetí pole bude vyhotoveno a odevzdáno později, ale už nebude součástí této práce. 43

POUŽITÉ ZDROJE Použité zdroje [1] PAVELKA, Karel. Fotogrammetrie 1. únor 2009,, 200 s. [2] FRYDECKÝ, Lukáš. Fotogrammetrická dokumentace archeologického průzkumu. Praha, 2010. 76 s. Bakalářská práce. ČVUT, Stavební fakulta. [3] BREJNÍKOVÁ, Lucie. Měřická dokumentace klenby kaple zámku Brnky u Prahy - 2. etapa. Praha, 2010. 85 s. Diplomová práce. ČVUT, Stavební fakulta. [4] EDEL, Tomáš. Českodubsko v památkách 12. - 20. století. Český Dub : Podještědské muzeum, 2006. 167 s. [5] canon.com. EOS 5D Mark II - White paper. [online]. [cit. 2011-05-05]. Dostupné z WWW: <http://downloads.canon.com/cdlc/eos50d_5d- MarkII-WP2.pdf>. [6] graftek.com.tr Trimble 3600 Total Station Series. [online]. [cit. 2011-05-05]. Dostupné z WWW: <http://www.graftek.com.tr/brosur/3600dse.pdf>. [7] Photomodeler.com PhotoModeler Tutorials. [online]. [cit. 2011-05-05]. Dostupné z WWW: <http://www.photomodeler.com/tutorial-vids/onlinetutorials.htm>. 44

Seznam obrázků 1.1 Prostory komendy Svatého Ducha.................... 9 2.1 Korelace obrazových okének... 14 3.1 Canon 5D Mark II... 15 3.2 Trimble 3600 DR... 16 3.3 Pracovní prostředí programu PhotoModeler Scanner... 17 3.4 Pracovní prostředí programu Geomagic Studio... 17 4.1 Přehled rozčlenění sálu klenebních polí... 18 4.2 Fotogrammetrické základny... 19 5.1 Původní snímek... 24 5.2 Upravený snímek... 24 5.3 1. iterace prvního kroku... 25 5.4 2. iterace prvního kroku... 25 5.5 1. iterace druhého kroku... 25 5.6 2. iterace druhého kroku... 25 6.1 Původní snímek... 28 6.2 Idealizovaný snímek... 28 6.3 Oblast pro generování mračna... 29 6.4 Mračno generované z kratší základny.................. 30 6.5 Mračno generované z delší základny... 30 6.6 Dolní oblast pro generování mračna................... 31 6.7 Středová oblast pro generování mračna... 31 6.8 Horní oblast pro generování mračna................... 32 6.9 Mračno ze spojeného modelu tj. V3.................. 34 6.10 Mračno z částí tj. V2... 34 6.11 Mračno ze spojeného modelu tj. V3... 34 6.12 Mračno z částí tj. V2... 34 6.13 Ruční editace mračna... 36 6.14 Nastavení redukce šumu... 36 6.15 Mračno bodů... 37

6.16 Zasíťované mračno bodů trojúhelníkovou sítí... 37 6.17 Chyba v zasíťování... 38 6.18 Oprava děr... 38 6.19 Model před úpravou... 38 6.20 Model po úpravě... 38 6.21 Model obou polí... 40 B.1 Přehled rozčlenění sálu klenebních polí... 53 F.1 Detailní pohled na model, čelo klenby... 63 F.2 Detailní pohled na fotku, čelo klenby... 63 F.3 Kompletní pohled na spojený model obou polí... 63 F.4 Pohled na stěnu 1, bez barvy... 64 F.5 Pohled na stěnu 1, s barvou... 64 F.6 Průhled modelem sálu... 64 F.7 Pohled na model stěny 1... 65 F.8 Pohled na snímek stěny 1... 65 F.9 Pohled na detail modelu stěny 2... 65

Seznam tabulek 4.1 Nastavení kamery při expozicích... 19 5.1 Vstupní hodnoty do vyrovnání..... 21 5.2 Měřené veličiny... 22 5.3 Vyrovnané souřadnice a výšky..... 22 5.4 Vícenásobně určené vlícovací body................... 23 5.5 Výsledné kalibrační hodnoty kamery... 26 6.1 Nastavení PM pro generovaní mračna.................. 29 6.2 Použité snímky u jednotlivých stěn... 30 6.3 Kvadratické průměry polohových odchylek jednotlivých variant... 33

SEZNAM PŘÍLOH Seznam příloh A Obsah DVD 49 B Přehled vlícovacích bodů 53 B.1 Stěna1... 54 B.2 Stěna2... 55 B.3 Stěna3... 56 B.4 Stěna4... 57 C Výškové poměry klenebního pole 58 D Seznam souřadnic vlícovacích bodů 61 E Přesnost vlícovacích bodů 62 F Vizualizace modelu 63 G Kalibrace kamery 66 48

A. OBSAH DVD A Obsah DVD kalibrace - adresář obsahující data potřebné ke kalibraci kalibrace4 - adresář obsahující snímky a projekt do PhotoModeleru kalibrace5 - adresář obsahující snímky a projekt do PhotoModeleru Protokoly - adresář obsahující protokoly o výpočtu kalibrace vysledky.pdf - výsledky jednotlivých kalibrací a jejich průměr kotovany plan - adresář obsahující data k výškovému poměru klenebního pole kotovany_plan.dgn - kótovaný plán v Microstationu kotovany_plan.pdf - kótovaný plán stena1.png - přehled míst, kde se odečítala kóta stena3.png - přehled míst, kde se odečítala kóta mereni - adresář obsahující data k podrobnému měření protokoly - adresář obsahující protokoly o výpočtu podrobných a vlícovacích bodů mereni.mes - soubor do prog. Groma, obsahující měření podrobných bodů orientace.mes - soubor do prog. Groma, obsahující měření polygonových bodů Seznam souřadnic a výšek.xls - soubor obsahující souřadnice a výšky vlícovacích bodů sklep.job - podrobné měření stažené z totální stanice VB+podr_body.crd - soubor do prog. Groma obsahující 3D souřadnice všech bodů VB+podr_body.txt - textový soubor obsahující 3D souřadnice všech bodů vyrovnani_site.net - soubor do modulu Vyrovnaní sítě v prog. Groma 49

A. OBSAH DVD modely - adresář obsahující modely stena1 - adresář obsahující modely stěny 1; plnohodnotný i redukovaný stena2 - adresář obsahující modely stěny 2; plnohodnotný i redukovaný stena3 - adresář obsahující modely stěny 3; plnohodnotný i redukovaný stena4 - adresář obsahující modely stěny 4; plnohodnotný i redukovaný Kompletni_model.wrp - soubor obsahující model dvou polí; pro program Geomagic Kompletni_model.obj - soubor obsahující model dvou polí; pro program MeshLab Kompletni_model_redukovany.wrp - soubor obsahující redukovaný model dvou polí; pro program Geomagic Kompletni_model_redukovaný.obj - soubor obsahující redukovaný model dvou polí; pro program MeshLab Kompletni_model_vnejsi.pdf - soubor pdf obsahující kompletní model viděný z vnějšku Kompletni_model_vnitrni.pdf - soubor pdf obsahující kompletní model viděný z vnitřku pole1b_celek.obj - model pole 1, plnohodnotný; pro program MeshLab pole1b_celek.wrp - model pole 1, plnohodnotný; pro program Geomagic pole1b_celek_redukovaný.obj - model pole 1, redukovaný; pro program MeshLab pole1b_celek_redukovany.wrp - model pole 1, redukovaný; pro program Geomagic pole1b_celek_vnejsi.pdf - soubor pdf obsahující model pole 1, viděny z vnějšku pole1b_celek_vnitrku.pdf - soubor pdf obsahující model pole 1, viděny z vnitřku 50

A. OBSAH DVD pole1 - adresář obsahující snímky a projekty do PhotoModeleru stena1 - adresář obsahující idealizované snímky stěny 1 a projekt do programu PhotoModeler stena2 - adresář obsahující idealizované snímky stěny 2 a projekt do programu PhotoModeler stena3 - adresář obsahující idealizované snímky stěny 3 a projekt do programu PhotoModeler stena4 - adresář obsahující idealizované snímky stěny 4 a projekt do programu PhotoModeler pole1b.pmr - projekt do prog. PhotoModeler obsahující spojené pole pole1b_pointmesh1-4.dat - vygenerovaná mračna do prog. PhotoModeler pole1b_pointmesh1-4.txt - vygenerovaná mračna v textovém souboru prehled VB - adresář obsahující přehled vlícovacích bodů na jednotlivých stěnách sikmy_snimky - adresář obsahující šikmé snímky snimky - adresář obsahující snímky jednotlivých stěn stena1 - adresář obsahující snímky stěny 1; vysvětlení v souboru ctimne.txt stena2 - adresář obsahující snímky stěny 2; vysvětlení v souboru ctimne.txt stena3 - adresář obsahující snímky stěny 3; vysvětlení v souboru ctimne.txt stena4 - adresář obsahující snímky stěny 4; vysvětlení v souboru ctimne.txt podlaha - adresář obsahují soubory k zobrazení podlahy modelu podlaha3d_drat.dgn - 3D vektorový soubor do Microstationu, obsahující kresbu podlahy; drátový model podlaha_plochy.wrp - soubor obsahující plochy do programu Geomagic podlaha_plochy.dgn - 3D vektorový soubor do Microstationu, obsahující kresbu podlahy; vyplněn plochami 51

A. OBSAH DVD podlaha_plochy.wrl - univerzální formát pro zobrazení 3D dat podlahy vizualizace - adresář obsahující printscreeny modelů kompletni_model - adresář obsahující printscreeny kompletního modelu pole - adresář obsahující printscreeny pole 1 porovnani_pole_casti - adresář obsahující printscreeny porovnávající model z pole a model z částí presnost VB.xlsx porovnání souřadnic vlícovacích bodů určené geodeticky a vypočtené ve PhotoModeleru 52

B. PŘEHLED VLÍCOVACÍCH BODŮ B Přehled vlícovacích bodů Obr. B.1: Přehled rozčlenění sálu klenebních polí 53

B. PŘEHLED VLÍCOVACÍCH BODŮ B.1 Stěna 1 54

C. VÝŠKOVÉ POMĚRY KLENEBNÍHO POLE C Výškové poměry klenebního pole 58

C. VÝŠKOVÉ POMĚRY KLENEBNÍHO POLE Stěna 1 59

C. VÝŠKOVÉ POMĚRY KLENEBNÍHO POLE Stěna 3 60

D. SEZNAM SOUŘADNIC VLÍCOVACÍCH BODŮ D Seznam souřadnic vlícovacích bodů Katastrální území: eský Dub Základní triangula ní list: Obec: eský Dub Okres: Liberec Triangula ní list: SEZNAM SOU ADNIC A VÝŠEK Sou adnicový systém místní Výškový systém místní íslo bodu Y X H Poznámka (1) (2) (3) (4) (5) 1 997,629 4 997,736 101,193 2 1 000,405 4 997,730 100,600 3 1 002,648 4 997,368 101,054 4 1 001,765 4 998,764 103,860 5 1 000,407 4 997,672 103,850 6 997,968 4 998,543 103,514 7 998,072 4 999,969 104,274 8 1 002,149 4 999,870 104,317 9 999,650 4 999,750 104,506 10 997,249 4 998,291 101,405 11 997,222 4 999,804 101,294 12 997,401 5 003,048 100,960 13 998,087 5 002,799 102,963 14 996,427 5 000,418 103,821 15 998,018 4 998,304 103,401 16 999,382 4 998,761 104,318 17 999,653 4 999,751 104,504 18 999,345 5 002,789 103,914 19 997,399 5 002,808 100,954 20 997,783 5 002,797 102,624 21 1 000,015 5 002,785 104,139 22 1 002,729 5 002,769 101,283 23 1 002,331 5 002,363 102,935 24 1 001,175 5 000,083 104,428 25 999,069 5 006,341 100,962 26 997,789 5 000,296 104,317 27 1 002,536 5 002,762 101,248 28 1 002,760 5 000,806 100,976 29 1 002,815 4 998,443 101,512 30 1 001,763 4 998,768 103,861 31 1 002,963 5 000,176 103,502 32 1 002,333 5 002,365 102,935 33 1 000,276 5 001,546 104,422 34 1 000,803 4 998,718 104,257 Geodézie. 4.42-1991 RSC G04 g1.00-2000 Vytiskla Royal Star Company, Resirie - Exapolis 61

E. PŘESNOST VLÍCOVACÍCH BODŮ E Přesnost vlícovacích bodů St na 1, pole, celek, max residual 1,56 [m] st ední sou adnicová st ední polohová.bodu Y X Z Y X Z dy dx dz 1 997,629 4997,736 101,193 997,629 4997,736 101,193 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 2 1000,405 4997,730 100,600 1000,414 4997,710 100,599 0,009 0,020 0,001 0,022 0,013 3 1002,648 4997,368 101,054 1002,623 4997,399 101,057 0,025 0,031 0,003 0,040 0,023 4 1001,765 4998,764 103,860 1001,761 4998,766 103,853 0,004 0,002 0,007 0,008 0,005 5 1000,407 4997,672 103,850 1000,411 4997,685 103,834 0,004 0,013 0,016 0,022 0,013 6 997,968 4998,543 103,514 997,973 4998,538 103,502 0,005 0,005 0,012 0,013 0,008 7 998,072 4999,969 104,274 998,075 4999,968 104,260 0,003 0,001 0,014 0,014 0,008 8 1002,149 4999,870 104,317 1002,154 4999,869 104,309 0,005 0,001 0,008 0,009 0,005 10 997,249 4998,291 101,405 997,279 4998,296 101,397 0,030 0,005 0,008 0,031 0,018 11 997,222 4999,804 101,294 997,224 4999,803 101,290 0,002 0,001 0,004 0,005 0,003 12 997,401 5003,048 100,960 997,363 5003,067 100,953 0,038 0,019 0,007 0,043 0,025 13 998,087 5002,799 102,963 998,066 5002,810 102,967 0,021 0,011 0,004 0,024 0,014 14 996,427 5000,418 103,821 996,436 5000,421 103,804 0,009 0,003 0,017 0,019 0,011 16 999,382 4998,761 104,318 999,380 4998,734 104,309 0,002 0,027 0,009 0,028 0,016 18 999,345 5002,789 103,914 999,318 5002,811 103,930 0,027 0,022 0,016 0,038 0,022 19 997,399 5002,808 100,954 997,384 5002,807 100,950 0,015 0,001 0,004 0,015 0,009 20 997,783 5002,797 102,624 997,776 5002,782 102,620 0,007 0,015 0,004 0,017 0,010 pole, body 1, 7, 8 21 1000,015 5002,785 104,139 1000,007 5002,765 104,127 0,008 0,020 0,012 0,025 0,014 22 1002,729 5002,769 101,283 1002,716 5002,761 101,266 0,013 0,008 0,017 0,023 0,013 23 1002,331 5002,363 102,935 1002,332 5002,359 102,919 0,001 0,004 0,016 0,017 0,010 24 1001,175 5000,083 104,428 1001,185 5000,087 104,419 0,010 0,004 0,009 0,014 0,008 25 999,069 5006,341 100,962 999,058 5006,318 100,978 0,011 0,023 0,016 0,030 0,017 26 997,789 5000,296 104,317 997,776 5000,281 104,322 0,013 0,015 0,005 0,021 0,012 27 1002,536 5002,762 101,248 1002,501 5002,747 101,243 0,035 0,015 0,005 0,039 0,022 29 1002,815 4998,443 101,512 1002,815 4998,443 101,512 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 30 1001,763 4998,768 103,861 1001,748 4998,779 103,854 0,015 0,011 0,007 0,020 0,012 31 1002,963 5000,176 103,502 1002,948 5000,185 103,482 0,015 0,009 0,020 0,026 0,015 32 1002,333 5002,365 102,935 1002,332 5002,359 102,919 0,001 0,006 0,016 0,018 0,010 33 1000,276 5001,546 104,422 1000,281 5001,546 104,411 0,005 0,000 0,011 0,012 0,007 34 1000,803 4998,718 104,257 1000,807 4998,723 104,246 0,004 0,005 0,011 0,013 0,008 kvadratický pr m r 0,023 0,013 Max 0,043 0,025 Referen ní V uvedené tabulce uvádím porovnání souřadnic vlícovacích bodů a vypočtených v programu PM. Zde uváděná tabulka představuje vlícovací body pouze pro variantu 3, tedy variantu kdy v jednom projektu jsou stereo snímky čtyř stěn jednoho pole doplněné o snímky úhlopříčné a je orientován na tři vlícovací body. Ostatní varianty jsou uvedeny v souboru presnost VB.xlsx na přiloženém DVD. 62

F. VIZUALIZACE MODELU F Vizualizace modelu Obr. F.1: Detailní pohled na model, Obr. F.2: Detailní pohled na fotku, čelo čelo klenby klenby Obr. F.3: Kompletní pohled na spojený model obou polí 63

F. VIZUALIZACE MODELU Obr. F.4: Pohled na stěnu 1, bez barvy Obr. F.5: Pohled na stěnu 1, s barvou Obr. F.6: Průhled modelem sálu 64

F. VIZUALIZACE MODELU Obr. F.7: Pohled na model stěny 1 Obr. F.8: Pohled na snímek stěny 1 Obr. F.9: Pohled na detail modelu stěny 2 65